prof. dr hab. in¿. Aleksander LISOWSKI, dr in¿. Krzysztof KOSTYRA, Jacek KLONOWSKI, mgr in¿. Leszek KOTECKI
dr in¿.
Katedra Maszyn Rolniczych i Leœnych SGGW w Warszawie
Streszczenie
Opisano budowê wykonanego na postawie w³asnej konstrukcji hydraulicznego urz¹dzenia do zagêszczania materia³u roœlinnego. Przedstawiono sposób formowania minisilosów. Idea dzia³ania urz¹dzenia oparta jest na modelowaniu rzeczywistego procesu zagêszczania materia³u ko³ami ci¹gnika w silosie przejazdowym. Urz¹dzenie posiada mo¿liwoœæ regulacji si³y nacisku przez zmianê ciœnienia roboczego, liczby i czasu nacisku w jednym cyklu, liczby cykli oraz œrednicy tarczy dociskowej.
HYDRAULICZNE URZ¥DZENIE
DO FORMOWANIA MINISILOSÓW
1Wprowadzenie
Odpowiednie zagêszczenie, obok prawid³owego rozdro-bnienia roœlin, jest warunkiem koniecznym do uzyskania prawid³owej fermentacji, która decyduje o wysokiej jakoœci kiszonki. Problematyka badawcza z tego zakresu jest prowadzona przez zespo³y interdyscyplinarne, a celem badañ jest doskonalenie sporz¹dzania kiszonki w pryzmach, silosach przejazdowych i rêkawach foliowych [1]. Ka¿da z tych metod posiada pewne ograniczenia powoduj¹ce, ¿e koñcowa jakoœæ powsta³ej paszy jest czêsto niezadowalaj¹ca [2]. Ponadto bada-nia wykonywane w warunkach naturalnych wi¹¿¹ siê z du¿ymi kosztami, zw³aszcza wówczas, gdy s¹ prowadzone w kombi-nacji kilku zró¿nicowanych czynników. Dlatego te¿ przepro-wadzono badania wstêpne z wykorzystaniem minisilosów, które przygotowano w warunkach laboratoryjnych [4]. Pozytywne wyniki tych badañ sta³y siê impulsem do opracowania profesjonalnej prasy do zagêszczania materia³u roœlinnego i zbadania czynników decyduj¹cych o jakoœci kiszonki. Formuj¹c minisilosy w warunkach laboratoryjnych zwiêkszamy pewnoœæ uzyskania paszy o optymalnej jakoœci i du¿ej powtarzalnoœci, ze wzglêdu na eliminacjê wielu czynni-ków zak³ócaj¹cych, które wystêpuj¹ w warunkach polowych. Kiszonka uzyskana w warunkach laboratoryjnych mo¿e byæ odnoœnikiem, do którego porównuje siê jakoœæ paszy uzyskanej innymi metodami w warunkach polowych.
W zwi¹zku z tym w Katedrze Maszyn Rolniczych i Leœnych SGGW w Warszawie opracowano urz¹dzenie do zagêszczania pociêtej kukurydzy lub innych zielonek przeznaczonych do zakiszania, na które zg³oszono wniosek patentowy (P 385134). Wykonawc¹ urz¹dzenia jest firma Rockfin Sp. z o.o. w Nowym Tuchomiu.
Punktem wyjœcia do konstrukcji urz¹dzenia by³a próba odtworzenia rzeczywistych warunków zagêszczania materia³u roœlinnego w silosie przejazdowym ko³ami ci¹gnika z mo¿li-woœci¹ regulacji podstawowych parametrów pracy, takich jak: si³a nacisku (ciœnienie robocze w uk³adzie hydraulicznym si³ownika s³u¿¹cego do zagêszczania), czas pojedynczego nacisku, liczba nacisków w jednym cyklu, liczba cykli oraz œrednica tarczy dociskowej.
Hydrauliczne urz¹dzenie do zagêszczania materia³u roœlinnego wspó³pracuje z hydrauliczn¹ przystawk¹ napêdow¹ AG 5089 produkcji firmy Rockfin Sp. z o.o., która zapewnia zasilanie olejem hydraulicznym pod ciœnieniem do 16 MPa (rys. 1).
Konstrukcjê noœn¹ urz¹dzenia stanowi spawana rama (1) wykonana z profili kwadratowych wsparta na kó³kach fortepia-nowych (2) umo¿liwiaj¹cych przemieszczanie wewn¹trz po-mieszczenia (rys. 2). Zagêszczanie materia³u roœlinnego odby-Budowa i zasada dzia³ania
Rys. 1. Urz¹dzenie do zagêszczania materia-³u roœlinnego wraz z przystawk¹ napêdow¹ AG 5089
Fig. 1. Apparatus for plant material compacting with AG 5089 driving attachment
wa siê w cylindrze (3) stanowi¹cym wnêtrze gruboœciennej rury, która od spodu jest zamkniêta stalow¹ p³yt¹ (8). Przed rozpoczêciem zagêszczania do wnêtrza cylindra wyk³ada siê gruby worek foliowy dopasowany do œrednicy cylindra a jego brzegi wywija na zewn¹trz cylindra. Nacisk na zagêszczany materia³ umo¿liwiaj¹ wymienne tarcze o ró¿nej œrednicy (4), wciskane do wnêtrza cylindra za pomoc¹ si³ownika hydraulicznego (5), którego skok jest uzale¿niony od iloœci materia³u znajduj¹cego siê w komorze. Zagêszczanie minisilosu polega na kilkukrotnym nacisku na ka¿d¹ warstwê materia³u wsypanego do cylindra. Liczba warstw materia³u sk³adaj¹cych siê na jeden silos oraz liczba cykli ubijania ka¿dej warstwy mo¿e byæ
Rys. 2. Schemat urz¹dzenia do zagêszczania materia³u roœlinnego - opis w tekœcie Fig. 2. Scheme of apparatus for plant material compacting - description at text
zmieniana. Regulacji podlega równie¿ ciœnienie zagêszczania, które wywo³uje odpowiedni nacisk tarczy na zagêszczany materia³.
Cylinder zagêszczaj¹cy stanowi rura o œrednicy wewnê-trznej 280 mm i wysokoœci 430 mm (rys. 3).
Rys. 3. Cylinder zagêszczaj¹cy w czasie prasowania materia³u roœlinnego za pomoc¹ tarczy dociskowej
Fig. 3. Compacting cylinder during plant material pressing by pressing disc
Nabudowany jest on na szufladê (6), któr¹ mo¿na wysuwaæ poza strefê oddzia³ywania tarczy dociskowej zamocowanej do t³oczyska si³ownika hydraulicznego (rys. 2). Umo¿liwia to bezpieczny za³adunek cylindra kolejnymi warstwami materia³u oraz wyjmowanie i zawi¹zywanie uformowanych minisilosów. Podczas wysuwania szuflada wspiera siê na dwóch prowadnicach (10) poprzez cztery ³o¿yska toczne (7), a ruch wymusza silnik hydrauliczny (11) napêdzaj¹cy ko³o zêbate wspó³pracuj¹ce z listw¹ zêbat¹ (12) szuflady. Maksymalne wysuniêcie szuflady zabezpiecza stycznik krañcowy.
Niezale¿nie od szuflady p³yta stalowa, stanowi¹ca dno cylindra zagêszczaj¹cego, posiada równie¿ mo¿liwoœæ wysuniêcia, umo¿liwiaj¹c tym samym wypchniêcie silosu do³em. Wysuniêcie p³yty jest realizowane za pomoc¹ si³ownika hydraulicznego (9).
Uruchamianie urz¹dzenia oraz nastawianie ¿¹danych parametrów pracy jest realizowane za pomoc¹ elektrycznej tablicy rozdzielczej (13), sprzêgniêtej z instalacj¹ hydrauliczn¹. Si³ê nacisku, a w konsekwencji ciœnienie zagêszczania zmienia siê przez nastawienie ciœnienia roboczego zaworem redukcyjnym (14) oraz wybór œrednicy tarczy dociskowej (œrednice tarcz wynosz¹ odpowiednio 250, 225, 200 i 150 mm) (tab.) .
Tab. Parametry zagêszczania materia³u roœlinnego Table. Plant material compacting parameters
150 200 225 250 150 200 225 250 40 70 100 140 190 250 310 6 10 13 16 10 18 22 27 14 25 32 39 20 35 44 55 27 48 60 74 35 63 79 98 44 78 98 121 0,71 1,26 1,59 1,96 1,24 2,20 2,78 3,44 1,77 3,14 3,98 4,91 2,47 4,40 5,57 6,87 3,36 5,97 7,55 9,32 4,42 7,85 9,94 12,27 5,48 9,74 12,32 15,21
Praca urz¹dzenia zagêszczaj¹cego mo¿liwa jest w trybie automatycznym lub rêcznym. W trybie automatycznym, dla ka¿dej warstwy materia³u, wykonywany jest cykl zagêszczania sk³adaj¹cy siê z kilkukrotnego docisku do nastawionej wartoœci ciœnienia. Ka¿dy docisk poprzedzony jest kilkusekundowym odpuszczeniem, a wiêc uniesieniem i ponownym opuszczeniem tarczy dociskowej. W trybie tym istnieje mo¿liwoœæ regulacji czasu i krotnoœci docisku. Podczas rêcznego sterowania ka¿dy ruch jest realizowany oddzielnie, ale czas pojedynczego ruchu mo¿e byæ nastawiany na dowoln¹ wartoœæ.
Ze wzglêdu na brak standardów, przy opracowaniu meto-dyki sporz¹dzania minisilosów wykorzystano eksperymenty wykonane na Uniwersytecie Stanowym w Pensylwanii [3, 5].
Materia³ przeznaczony do zagêszczenia powinien byæ uprzednio rozdrobniony. Porcjê sieczki o objêtoœci 10 dm , odmierzon¹ za pomoc¹ naczynia miarowego z dok³adnoœci¹ 0,1 dm , nale¿y zwa¿yæ z dok³adnoœci¹ 20 g. Po wysuniêciu cylindra zagêszczaj¹cego i w³o¿eniu do niego worka foliowego wsypuje siê pierwsz¹ warstwê sieczki. Warstwa ta podlega cyklowi zagêszczenia wed³ug wczeœniej nastawionych parametrów. Skok t³oka jest rejestrowany przetwornikiem przemieszczeñ, co pozwala na wyznaczenie gêstoœci objêtoœciowej materia³u roœlinnego. Zwykle przyjmuje siê, ¿e jeden cykl sk³ada siê z trzech nacisków, które trwaj¹ 5-10 s, przedzielonych dwiema przerwami polegaj¹cymi na wycofaniu tarczy dociskowej trwaj¹cemu oko³o 5 s. Czas trwania jednego cyklu trwa wiêc 25-40 s i koñczy siê ca³kowitym uniesieniem tarczy dociskowej i wysuniêciem szuflady wraz z cylindrem. Przy zagêszczaniu nastêpnych warstw postêpuje siê identycznie za ka¿dym razem odmierzaj¹c tak¹ sam¹ objêtoœæ materia³u i go wa¿¹c. Proces uformowania minisilosu koñczy siê po zagêszczeniu czterech warstw zielonki. Powietrze pozosta³e w worku usuwa siê odkurzaczem a worek starannie wi¹¿e. Po zawi¹zaniu worka nale¿y go w³o¿yæ odwrotn¹ stron¹ do drugiego pustego i po usuniêciu powietrza worek zawi¹zaæ sznurkiem lub drutem. Doœwiadczenie nale¿y przeprowadziæ co najmniej w 3 powtó-rzeniach dla ka¿dego wariantu zagêszczania.
Urz¹dzenie do zagêszczania materia³u roœlinnego posiada mo¿liwoœæ ci¹g³ej rejestracji ciœnienia oleju znajduj¹cego siê w si³owniku hydraulicznym oraz po³o¿enia tarczy dociskowej. Dane te zapisywane s¹ w pamiêci komputera poprzez kartê pomiarow¹ przetwarzaj¹c¹ napiêciowy lub pr¹dowy sygna³ elektryczny.
Na rys. 4 przedstawiono przyk³adow¹ charakterystykê ciœnienia roboczego i po³o¿enia tarczy w czasie rzeczywistym dla cyklu sk³adaj¹cego siê z trzech docisków ka¿dej z czterech warstw sieczki uzyskanej z ca³ych roœlin kukurydzy o objêtoœci 10 dm i wilgotnoœci 65%. Czas pojedynczego docisku wynosi³ 10 s, natomiast czas odpuszczenia 5 s. Pozosta³e parametry zagêszczania to: œrednica tarczy dociskowej 225 mm, ciœnienie zagêszczania 190 kPa, któremu odpowiada ciœnienie w si³o-wniku hydraulicznym równe 60 bar oraz si³a docisku materia³u 7,55 kN.
Metodyka
3
3
3
Tak przygotowane minisilosy przechowuje siê przez 6-8 tygodni w zacienionym miejscu, a nastêpnie uzyskan¹ kiszonkê ocenia pod k¹tem wartoœci pokarmowej i jakoœciowej.
Zaprojektowane i wykonane urz¹dzenie do zagêszczania materia³u roœlinnego umo¿liwia uzyskanie w warunkach laboratoryjnych modelowego procesu ugniatania silosu przejazdowego ko³ami ci¹gnika. Zakres regulacji parametrów roboczych pozwala na dostosowanie ich do ró¿nych warunków rzeczywistych. Mo¿liwa jest zmiana œrednicy tarczy doci-skowej, której odpowiada ró¿na szerokoœæ opon ci¹gnika. Zmiana si³y nacisku tarczy uzyskiwana przez zmianê ciœnienia zagêszczenia jest powi¹zana z ró¿nym naciskiem opon pochodz¹cym od obci¹¿enia przedniej i tylnej osi ci¹gnika. Stosowanie wielu warstw materia³u roœlinnego, kilkukrotnie ubijanych odpowiada sta³emu zasilaniu silosu przejazdowego w materia³ do zakiszania i wielokrotnemu rozje¿d¿aniu go ko³ami ci¹gnika.
Sposób wykonania minisilosów z wykorzystaniem urz¹-dzenia do zagêszczania pozwala na zmniejszenie zak³óceñ wystêpuj¹cych w warunkach polowych, zachowanie du¿ej powtarzalnoœci prób i zmniejsza koszty badañ, gdy s¹ wykony-wane w kombinacji kilku czynników.
Rys. 4. Charakterystyki ciœnienia w si³owniku oraz po³o¿enia tarczy dociskowej w funkcji czasu zagêszczania
Fig. 4. Pressure in cylinder and pressing stroke of pressing disc characteristics in pressing time function
Podsumowanie
Literatura
[1] Chlebowski J., Gach S.: Analiza mo¿liwoœci zakiszania surowców roœlinnych w rêkawach foliowych. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leœna, 2006, nr 9-10.
[2] Gach S.: Straty zielonki powstaj¹ce podczas kiszenia i przechowywania. Postêpy Nauk Rolniczych, 2005, nr 4.
[3] Hoover L.L., Buckmaster D.R., Heinrichs A.J., Roth G.W.: Particle size and compaction characteristics of mechanically processed corn silage at varying lengths of cut. Paper No. AETC98-103. Amer. Soc. of Agr. Engineers. St. Joseph, MI, 1998.
[4] £ozicki A., Lisowski A., Kostyra K., Chlebowski J.: Ocena wartoœci pokarmowej i jakoœci kiszonki z kukurydzy sporz¹dzanej w formie minisilosów. Problemy In¿ynierii Rolniczej, 2008, 3(61).
[5] Zhang M.: Design and evaluation of a corn silage-making system with shredding. Praca doktorska. The Pennsylvania State University. The Graduate School. College of Engineering, 2002.
HYDRAULIC APPARATUS FOR MINISILOS FORMING
Summary
The design of hydraulic apparatus for plant material compacting was presented. It was made on authors own conception. Minisilos forming method was presented. Idea of apparatus operation is based on real modelling of material compacting process in silo by tractor wheels pressing. Pressure force may be regulated by change of working pressure, time of pressure at single cycle, number of cycles and pressing disc diameter.
